Радиоуглеродный метод. Существуют три изотопа углерода: С12 , С13 - оба стабильные. Кроме них есть изотоп С14. Он, во-первых, радиогенный, т. к. является продуктом ядерных реакции.
Он образуется в атмосфере при бомбардировке космическими лучами атомов азота. Интенсивность образования С14 зависит от солнечной активности. Нельзя датировть предметы, образовавшиеся после 1944 года, так как огромное количество радиоуглерода получается при ядерных, особенно водородных взрывах. Во-вторых, он, С14, радиоактивный, так как сам распадается бета-распадом на азот и электрон:
68С14---> 77N14 + е-
Период полураспада Т1/2=5730 лет. Таким образом, в атмосфере постоянно присутствует некоторое количество радиоуглерода, который медленно распадается, но одновременно и образуется вновь. Атмосферный углерод вместе с СО2 захватывается, например, растениями.
Так радиоуглерод оказывается в древесине, в углях костра. Соотношение С12 и С13 не меняется во времени, поскольку они не распадаются. А отношение С14 к С13 и С14 к С12 меняется. Зная среднее содержание радиоуглерода в атмосфере и сравнивая его с содержанием в древесине, мы можем определить возраст древесины по формуле:
Хt=Xo*e-kt,
где Хо исходное содержание радиоуглерода, Хt - содержание в данный момент времени, е -экспонента, t - возраст предмета, k=Ln2/5730 Хорошо датируются предметы возрастом до 100 тыс. лет. Более древние образования датируются со все более возрастающей ошибкой.
Радиоуглерод захватывается не только древесиной. При растворении кальцита, как мы помним, один атом углерода поступает из известняка, а другой из атмосферы:
СаСО3 + H2O + СО2 = Ca2+ + 2HCO3-
Если теперь из раствора выпадет осадок, то половина атомов в нем будет атмосферного происхождения. В известняке радиоуглерода нет, так как породы имеют возраст в десятки и сотни миллионов лет и весь С14 в них распался. Поэтому, получив при анализе образца натеков содержание С14 мы увеличим его в два раза и рассчитаем возраст натека. Таким образом мы датируем не саму пещеру, а возраст натеков, то есть 2, 3 и 4 стадии образования пещер. На 1 и 5 стадиях натеки не образуются.
Но есть в данном методе серьезные осложняющие трудности:
а). Солнечная активность сильно меняется по интенсивности. Следовательно и содержание С14 в атмосфере сильно меняется. К счастью для нас, сталактиты образуются медленно, десятки и сотни лет. Поэтому мы оперируем средними значениями концентрации в атмосфере. Анализируемые пробы также должны представлять некий средний состав натека, а не точечную пробу.
б).Фракционирование изотопов. Мы предполагаем, что изотопный состав древесины или натека в точности наследует состав атмосферы. А вдруг растения захватывают какие-то изотопы более активно, чем другие? В случае с растениями так оно и есть. Но эта проблема решается введением соответствующих поправок.
в).Скорость обмена между атмосферой, почвенной атмосферой, подземными водами и образующимся натеком. Сколько времени проходит от момента образования атома радиоуглерода до момента включения его в натек? Предполагается, что воздухообмен все-таки достаточно интенсивен и данной временной задержкой можно пренебречь.
Возраст натеков определялся во множестве пещер по всему миру. Результат оказался несколько неожиданным: практически все ныне существующие пещеры (исключая погребенный карст) оказались моложе 1 млн. лет, причем основная масса пещер имела возраст до 100 тыс. лет. Таким образом, пещеры по геологическим меркам очень молодые образования с очень коротким периодом жизни. Возраст их сопоставим с возрастом поверхностных рек.
